全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员圆期摇 摇 圆园员猿年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
森林低温霜冻灾害干扰研究综述 李秀芬袁朱教君袁王庆礼袁等 渊猿缘远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
碱蓬属植物耐盐机理研究进展 张爱琴袁庞秋颖袁阎秀峰 渊猿缘苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中国东部暖温带刺槐花期空间格局的模拟与预测 徐摇 琳袁陈效逑袁杜摇 星 渊猿缘愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长白山林线树种岳桦幼树叶功能型性状随海拔梯度的变化 胡启鹏袁郭志华袁孙玲玲袁等 渊猿缘怨源冤噎噎噎噎噎噎
油松天然次生林居群遗传多样性及与产地地理气候因子的关联分析 李摇 明袁王树香袁高宝嘉 渊猿远园圆冤噎噎噎
施氮对木荷 猿 个种源幼苗根系发育和氮磷效率的影响 张摇 蕊袁王摇 艺袁金国庆袁等 渊猿远员员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
围封对内蒙古大针茅草地土壤碳矿化及其激发效应的影响 王若梦袁董宽虎袁何念鹏袁等 渊猿远圆圆冤噎噎噎噎噎噎
干热河谷主要造林树种气体交换特性的坡位效应 段爱国袁张建国袁何彩云袁等 渊猿远猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生物降解对黑碳及土壤上苯酚脱附行为的影响 黄杰勋袁莫建民袁李非里袁等 渊猿远猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
猿 个树种对不同程度土壤干旱的生理生化响应 吴摇 芹袁张光灿袁裴摇 斌袁等 渊猿远源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
冬小麦节水栽培群体野穗叶比冶及其与产量和水分利用的关系 张永平袁张英华袁黄摇 琴袁等 渊猿远缘苑冤噎噎噎噎
不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻光合作用尧物质生产和产量的影响
彭摇 斌袁李潘林袁周摇 楠袁等 渊猿远远愿冤
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根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响 陶先萍袁罗宏海袁张亚黎袁等 渊猿远苑远冤噎噎噎噎
光照和生长阶段对菖蒲根系泌氧的影响 王文林袁王国祥袁万寅婧袁等 渊猿远愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
植物病原菌拮抗性野生艾蒿内生菌的分离尧筛选和鉴定 徐亚军袁赵龙飞袁陈摇 普袁等 渊猿远怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎
不同生物型棉蚜对夏寄主葫芦科作物的选择 肖云丽袁印象初袁刘同先 渊猿苑园远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
性别和温度对中华秋沙鸭越冬行为的影响 曾宾宾袁邵明勤袁赖宏清袁等 渊猿苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价 袁摇 菲袁张星耀袁梁摇 军 渊猿苑圆圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
洞庭湖森林生态系统空间结构均质性评价 李建军袁刘摇 帅袁张会儒袁等 渊猿苑猿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
川西米亚罗林区不同海拔岷江冷杉生长对气候变化的响应 徐摇 宁袁王晓春袁张远东袁等 渊猿苑源圆冤噎噎噎噎噎噎
圆园园员要圆园员园 年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系
穆少杰袁李建龙袁周摇 伟袁等 渊猿苑缘圆冤
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地形因子对盐城滨海湿地景观分布与演变的影响 侯明行袁刘红玉袁张华兵袁等 渊猿苑远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征 周淑琴袁荆耀栋袁张青峰袁等 渊猿苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
贵州白鹇湖沉积物中孢粉记录的 缘援 缘 噪葬月援 孕援以来的气候变化 杜荣荣袁陈敬安袁曾摇 艳袁等 渊猿苑愿猿冤噎噎噎噎
典型河谷型城市春季温湿场特征及其生态环境效应 李国栋袁张俊华袁王乃昂袁等 渊猿苑怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
秦岭南北近地面水汽时空变化特征 蒋摇 冲袁王摇 飞袁喻小勇袁等 渊猿愿园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
露天矿区景观生态风险空间分异 吴健生袁乔摇 娜袁彭摇 建袁等 渊猿愿员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 匀燥造凿则蚤凿早藻和 悦悦粤分析的中国生态地理分区的比较 孔摇 艳袁江摇 洪袁张秀英袁等 渊猿愿圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
中国农业生态效率评价方法与实证要要要基于非期望产出的 杂月酝模型分析 潘摇 丹袁 应瑞瑶 渊猿愿猿苑冤噎噎噎噎
舟山市东极大黄鱼养殖系统能值评估 宋摇 科袁赵摇 晟袁蔡慧文袁等 渊猿愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同基因型玉米间混作优势带型配置 赵亚丽袁康摇 杰袁刘天学袁等 渊猿愿缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
气候与土壤对烤后烟叶类胡萝卜素和表面提取物含量的影响 陈摇 伟袁熊摇 晶袁陈摇 懿袁等 渊猿愿远缘冤噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
成都市沙河主要绿化树种固碳释氧和降温增湿效益 张艳丽袁 费世民袁李智勇袁等 渊猿愿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 长白山南坡的岳桦林要要要长白山岳桦林位于海拔约 员苑园园要圆园园园皂之间的山坡遥 这种阔叶林分布在针叶林带的上
面袁成为山地森林的上缘种类袁在世界山地森林中实属罕见遥 岳桦能够顽强地抗御长白山潮湿尧寒冷尧强风等恶劣气
候因素袁在严酷的环境条件下形成纯林袁是与其独特的生长发育机理密切相关的遥 岳桦的枝干颇具韧性袁在迎风处袁
由于风吹雪压袁树干成片地向背风侧倾斜袁这种特性使它能不畏风雪袁顽强生存遥 随着海拔的升高袁岳桦林也逐渐矮
化袁这是岳桦林保护自身生存袁适应大自然的结果遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
第 33 卷第 12 期
2013 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 12
Jun. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国土资源部公益性行业科研专项课题(200911015鄄2)
收稿日期:2012鄄07鄄30; 摇 摇 修订日期:2013鄄04鄄18
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: 1001213122@ pku. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201207301083
吴健生,乔娜,彭建,黄秀兰,刘建政,潘雅婧.露天矿区景观生态风险空间分异.生态学报,2013,33(12):3816鄄3824.
Wu J S, Qiao N, Peng J, Huang X L,Liu J Z, Pan Y J. Spatial variation of landscape eco鄄risk in open mine area. Acta Ecologica Sinica,2013,33(12):
3816鄄3824.
露天矿区景观生态风险空间分异
吴健生1,2,乔摇 娜1,*,彭摇 建1,2,黄秀兰1,刘建政1,潘雅婧2
(1. 城市人居环境科学与技术重点实验室,北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院, 深圳摇 518055;
2.地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京大学城市与环境学院, 北京摇 100871)
摘要:以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用 ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征。 结果表明,矿
区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征。 其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区
域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风
险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加
之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧。 同时,不同功能区的风险高低排序(人工区>半自然区>自然区)特征符合常规
的区域生态风险等级差异规律。 此外,基于 ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达 0. 7521,风险的空间集聚效应
明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风
险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据。
关键词:露天矿区;景观生态风险;ESDA
Spatial variation of landscape eco鄄risk in open mine area
WU Jiansheng1,2, QIAO Na1,*, PENG Jian1,2, HUANG Xiulan1,LIU Jianzheng1, PAN Yajing2
1 The Key Laboratory for Environmental and Urban Sciences, Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055,China
2 Key Laboratory for Earth Surface Processes of the Ministry of Education, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing
100871, China
Abstract: The demand for coal resources is increasing with economic development in China. But, the rich mineral
resources along with the intensive mining activities, which have led to a lot of ecological and environmental problems, such
as environmental pollution, ecological destruction and geological disasters. Eco鄄risk assessment is an important tool for
effective ecological environment management with evaluations of the likelihood and degree of harm.
Thus, this paper applied landscape eco鄄risk assessment methods to estimate the level of the opencast mine area eco鄄
risk. But also the ESDA ( Exploratory spatial data analysis ) methods were used to analyze the spatial association
characteristic of landscape eco鄄risk in mining area. It turned out that those high鄄risk areas is the core of the spatial
distribution of Landscape eco鄄risk and from high鄄risk to low鄄risk present ring features. In addition, high鄄risk is mainly
distributed in the mining industry and city life areas, sources of which are the mining, coal gangue tie up land and city
construction activities. Medium鄄risk are mainly distributed in nature, half natural functional areas, the main sources of
which are the city life and the agricultural production activities. Low鄄risk areas are covered by sparse vegetation, such as
shrub and grassland. However, in research areas, vegetation degradation, soil and water loss leads to the regional ecological
base quality was poor. So the ecosystems and environmental factors are fragile here. Moreover, the frequent production
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activities in mining areas cause more serious ecological and environment problems. The risk degree of the artificial area is
higher than the half natural area, and the half natural area is higher than the natural area. It is conform to the conventional
law of ecological risk level difference. At the same time, based on the ESDA of the landscape eco鄄risk in opencast mine
area, the space correlation of the risk is up to 0. 7521, which indicate that the agglomeration features of the risk obviously.
Different characteristics of agglomeration provide the basis for the ecological and environment management. Space
differentiation study of Landscape eco鄄risk in this opencast mine area shows that interference are the main driving factors in
the high鄄risk and low鄄risk areas. But in the medium鄄risk area, fragile degree is the main driving factors. With the increase
of human interference, landscape lost diversity and tend to simplification. The results of the study on the mining area
provide certain data support and theoretical basis to environment management.
Key Words: opencast mine area; landscape eco鄄risk; ESDA
我国疆域辽阔,成矿地质条件优良、矿种齐全、总量丰富, 95%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以
上的农业生产资料都来自矿业[1]。 目前,我国因矿产资源开发造成的挖损、塌陷、压占等已损毁土地约 21 亿
亩[2],由此引发的环境污染、生态资源破坏以及地质灾害等生态环境问题日益严峻。
生态风险评价作为管理生态环境的重要工具,其主要内容是评价负面影响发生的可能性及危害程
度[3鄄4]。 当前对生态风险压力的描述已从单一化学因子,扩展到多来源、多层次的风险因子及生态事件[5]。
随着研究尺度的扩大,基于流域、城市等尺度进行描述和评估生态风险的工作日益增多[6鄄9]。 矿区是以矿山
生产作业区为核心的一个独立的人工、半人工生态系统,其辐射范围包括矿山职工及矿区农民所在地,甚至包
括依托矿业演替形成的乡镇、县市及工业小区[2,10]。 矿区独特的生态环境、经济和社会发展规律促使其风险
形成机理与发展方向有别于流域、城市、农村等综合性区域。 由于存在诸多生态环境问题,矿区日益成为生态
风险评价的热点,但多以定性或半定量化研究为主[11鄄15]。
景观生态学强调空间格局及生态学过程与尺度之间的相互作用,并将人类活动与生态系统的结构和功能
相整合[16]。 随着景观生态学理论与生态风险的结合,景观生态风险评价成为区域生态风险评价的热点方向,
但是针对矿区景观生态风险的研究仍较为少见。 而从景观斑块的层面考虑,更能体现矿区生态风险评价的综
合性和系统性[10,17]。 因此,本研究以平朔矿区为例,构建综合指数定量评估露天矿区景观生态风险,并尝试
采用 ESDA方法探析矿区景观生态风险的空间分异特征。
1摇 研究区概况
平朔矿区位于东经 112毅17忆—112毅26忆,北纬 39毅24忆—39毅32忆,地处黄土高原晋陕蒙接壤的黑三角地带,山
西省北部的朔州市境内,属于我国煤炭大规模集中开发地区,以露天开采为主的作业方式对该区造成严重的
土地破坏。 研究区总面积为 1764 km2,其中煤矿核心作业区面积约 380 km2,约占研究区面积的 20% 。 研究
区属温带半干旱大陆性季风气候,年均降雨量 428. 2—449. 0 mm,而蒸发量 1786. 6—2598. 0 mm,超过降水量
的 4 倍,导致干旱与雨水侵蚀并发。 研究区自然环境呈现风蚀、水土流失严重、植被覆盖度低等特征。
本研究采用 30 m分辨率的 2010 年 7 月的 TM影像为数据源(处于植被生长茂盛期,利于采用 NDVI进行
植被与非植被和植被种类的区分),经几何精校准与影像预处理,应用决策树算法进行遥感解译。 参考相关
专家关于露天煤矿生态风险的研究成果,将挖损与压占等土地破坏视为煤矿区主要的人类干扰活动[1,18],综
合全国土地利用分类标准,将研究区景观类型为林地、荒草地、坡耕地、平原耕地、裸地、采掘地、压占地、水域、
居民点九类。 基于已有文献的研究尺度[19],及研究区的空间异质性、斑块大小并保证栅格信息的完整,将研
究区划分为 1. 5 km伊1. 5 km的采样单元,共计 784 个(图 1)。
同时,根据人类活动对景观的干扰程度将矿区分为人工区、半自然区和自然区(图 1)。 其中,人工区包括
矿业核心区、城市生活区与矿业生活区,依据明显的道路及矿区作业边缘等人工线性地物划分;半自然区依据
山脊线、道路、河流等自然线性与人工线性地物综合划分;自然区则以山脊线(自然线性地物)为划分依据。
7183摇 12 期 摇 摇 摇 吴健生摇 等:露天矿区景观生态风险空间分异 摇
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图 1摇 研究区景观分类及功能分区
Fig. 1摇 Landscape classification and different functional zones of opencast mining area
2摇 研究方法
2. 1摇 景观生态风险评价
景观生态风险指基于景观尺度的环境污染、人为活动及自然灾害等干扰源对生态系统的结构和功能造成
不利影响的可能性和危害程度[20]。 评价的核心内容分为 3 部分:确定干扰源对区域生态环境的作用效果,构
建景观干扰度指数;评估景观要素抵抗外界干扰的能力,构建景观脆弱度指数;应用恰当的评估模型综合两者
得到景观生态风险指数,评价研究区景观生态风险水平。
2. 1. 1摇 景观干扰度指数
不同景观类型在维护生态系统结构和功能完整性的过程中会面临外界环境的干扰[21],而景观所受外界
干扰的程度可由其景观结构的变化程度予以度量。 参考相关文献以景观结构指数为基础,通过表征景观结构
的各指数叠加构建景观干扰度指数 E i [17],表达式如下:
E i = W1C i + W2Si + W3DQi (1)
式中, C i 、Di 、DQi 分别为景观破碎度、景观分离度、景观优势度,公式内容及表征意义详见文献[16,22]。 其中,破
碎度值越大,表明景观单元内部稳定性越低;分离度指数越大,表明景观在地域上分布越分散,受到的干扰程
度越大;景观优势度表征景观结构中某一类型支配景观的程度,反映了该景观类型对景观格局形成和变化影
响的大小。
对上述指标进行归一化,以 W1、 W2、W3 为对应权重,三者相加为 1。 权重值不同,反映各景观指数解释景
观所受干扰的能力不同[17],参考相关文献综合确定破碎度指数、分离度指数和优势度指数的重要性差异,将
三者分别赋值为 0. 6、0. 3、0. 1 的权值[23,24]。
2. 1. 2摇 景观脆弱度指数
不同的景观类型在维护生物多样性、保护物种与促进景观结构自然演替等方面的作用是有差别的,同时
抵抗外界干扰的能力也不同[17,21],由此构建景观脆弱度指数表征各景观类型内部结构的易损性。 易损性越
大,抗干扰的能力越小,表明生态风险越大。 综合各类景观易损性的特点[18鄄21],将九类景观按脆弱程度由高
到低赋值:采掘地 9、压占地 8、裸地 7、水域 6、坡耕地 5、荒草地 4、平原耕地 3、居民点 2、林地 1,归一化得到脆
弱度指数 F i。
2. 1. 3摇 景观生态风险指数
基于景观结构,引入景观面积比重,建立景观结构指数与矿区生态风险之间的联系,用于描述一个样地内
整体生态风险的相对大小,通过采样的方法将景观空间格局转化为空间化的生态风险变量[17]。 其计算公式
如下:
8183 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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ERIi =移
n
i = 1
Aki
Ak
(E i 伊 F i) (2)
式中,ERI为景观生态风险指数;n为景观类型数量;E i 为景观类型 i的干扰度指数;F i 为景观类型 i的脆弱度
指数;Aki 为第 k个采样单元 i类景观组分的面积,Ak 为第 k个采样单元的总面积。
2. 2摇 空间数据探索性分析(ESDA)
ESDA是一系列空间数据分析方法和技术的集合[25],它以空间关联测度为核心,注重数据的空间关联性、
集聚性与异质性,通过对事物空间分布格局的描述,揭示空间关联特征与模式[25鄄26]。 国内外研究多集中于区
域经济[27鄄29]、社会和政治研究、城市社会结构[26,30]、空间结构演变[31]等方面。 景观生态风险作为空间变量,
探析其空间特征有助于理解风险的发生机理及变化趋势等深层次问题。
2. 2. 1摇 全局空间自相关
空间自相关反映了某一变量在空间上是否相关及其相关程度,常用测度指标为 Moran忆s I 指数,计算公式
详见有关文献[25鄄26]。 Moran忆s I系数取值在-1 至+1 之间,其绝对值越趋近于 1,表示研究单元的空间自相关
程度越强。 一般使用 Moran忆s I的标准化统计量 Z来检验。 基于一定显著性水平,当 Moran忆s I>0,表明存在正
的空间自相关,研究单元属性值呈趋同集聚;Moran忆s I<0,表明存在负的空间自相关,研究单元属性值呈离散
分布;Moran忆s I=0,表明不存在空间自相关,空间单元观测值呈随机分布[25,27]。
2. 2. 2摇 局部空间自相关
全局 Moran忆s I指数值能够测度事物在整体空间上的相关程度,但对于局部异常现象,需引入局部空间自
相关方法进行探析[25]。 Moran忆s I 散点图不能反映空间关联类型的显著性水平,而 LISA(Local Indicators of
Spatial Association,局域空间关联指数)分析方法可解决此类问题。 其计算公式如下:
Ii = Z i移
n
j = 1
WijZ j,( i 屹 j) (3)
式中,Ii 为 LISA指数空间单元值;Z i 和 Z j 分别为空间单元 i 和 j 上观测值的标准化值;Wij 为空间权重矩阵。
LISA的实质在于将 Moran忆s I分解并呈现到各个区域单元,并形成 LISA 聚类图,由此识别局部空间高高集聚
的“热点冶和低低集聚的“冷点冶,并探析局部空间异常特征。
3摇 结果分析
3. 1摇 矿区景观生态风险
根据自然断裂点法分级原理[32鄄33]将景观生态风险值分为 3 级(图 2):风险等级由高到低呈环形包围趋
势,核心区域为高风险区,景观组分以采掘地、压占地、居民点、水域为主;中等风险区域部分集中于高风险区
域外围的平原耕地、居民点及部分压占地,部分集中于人类扰动相对较少的裸地、坡耕地区域;低风险区域基
本介于两部分中等风险区域之间,景观组分以人类扰动最少的林地、荒草地为主。
由此可见,高风险集中于矿业生产与城市生活区域,并且由中心向外呈现水平递减的趋势。 与此相应,风
险等级逐渐过渡到中、低水平,扰动过渡为城市生活、农业生产为主,波及范围较大,景观逐渐转为半自然、自
然类型。 如图 2 所示,城市生活区风险最高,次之为矿业核心区,半自然区域中等,最低为自然区。 矿业核心
区除了大部分采矿用地类型还分布有风险值较低的矿区复垦林、荒草地及坡耕地,这些景观对整体生态环境
有缓冲、调节作用,而城市生活区由于包含高风险的水域、居民点、裸地使得整体的风险值最高。 半自然区依
河流划分为两块区域,右侧紧邻城市生活区的区域风险值高于左侧区域。 矿业生活区的风险水平位于两者之
间,但半自然区域平均生态风险值小于矿业生活区。 自然区生态风险最小,主要原因是区域内存在大面积干
扰度较低、脆弱度较低的林地、荒草地等景观。
综合研究区景观生态风险特征(表 1),可以发现,干扰度、脆弱度、景观生态风险各等级采样单元的比例
差异明显。 其中,干扰度整体以中、低水平为主,说明研究区承受外界扰动的剧烈程度在空间上差异较小;而
采样单元中 74. 36%为中等脆弱度水平,呈现 “两头少,中间多冶的正态分布模式,说明研究区景观脆弱度总
体水平较为均衡;由干扰度与脆弱度得到的景观生态风险综合了两者的比例特征,高风险区比例最小,中等风
9183摇 12 期 摇 摇 摇 吴健生摇 等:露天矿区景观生态风险空间分异 摇
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险区比例最大,各等级风险的采样单元比例近似等于同等级干扰度与脆弱度比例加和的平均值。
图 2摇 矿区采样单元与功能分区景观生态风险空间分布
Fig. 2摇 landscape eco鄄risk of sample units and the different functional zones of opencast mining area
表 1摇 矿区景观生态风险统计
Table 1摇 landscape eco鄄risk statistics of opencast mining area
等级划分
Different Level
高干扰
High
interference
degree
中干扰
Medium
interference
degree
低干扰
Low
Interference
degree
高脆弱
High
Vulnerability
中脆弱
Medium
Vulnerability
低脆弱
Low
Vulnerability
高风险
High
Eco鄄risk
中风险
Medium
Eco鄄risk
低风险
Low
Eco鄄risk
单元个数 Units number 99 350 335 30 583 171 69 393 322
所占比重 The percentage 12. 63% 44. 64% 42. 73% 3. 83% 74. 36% 21. 81% 8. 80% 50. 13% 41. 07%
3. 2摇 矿区景观生态风险空间自相关性
矿区景观生态风险空间自相关指数的计算结果表明,Moran忆s I 为 0. 7521 且随机分布检验 Z 值高达
39郾 7341,说明矿区景观生态风险值存在显著的空间正相关,即风险值高的区域,周边区域的风险值亦高;风险
值低的区域,周边区域的风险值亦低;空间趋同集聚现象明显。 同时,标准差仅为 0. 0252,相对较小,说明风
险值大小波动不明显,总体水平较为平稳。
对比景观生态风险指数值的空间邻接特征(图 3),可以发现,HH象限内的研究单元风险值差距较大,散
点较为分散,即高风险的区域内部差异较大; LL 象限内的研究单元风险值差距较小,散点较密集,即低风险
的区域内部差异不明显; LH象限的研究单元数目较少,低高离群程度较为显著。 即存在有一部分风险“低
洼冶区域(低风险区被高风险区包围);HL象限的研究单元数目最少且高低离群程度更低。 即存在个别风险
“高耸冶区域(高风险区被低风险区包围)。 同时,散点接近于回归线,表明在局部空间上,它们呈现更显著的
“同质集聚、异质隔离冶特征。
基于 LISA 指数分析矿区景观生态风险的集聚特征(图 3),并通过 P臆0. 05 的显著性检验。 图中“热
点冶、“冷点冶十分突出,同时存在一定数量的空间“奇异值冶。 其中,“热点冶主要集聚于矿业核心区与城市生活
区;“冷点冶主要集聚在半自然、自然区域。 “热点冶、“冷点冶的位置与功能分区的对应关系证明人类活动的集
聚程度与风险的空间集聚程度是对应的。 低高离群“奇异点冶位于矿业核心区,原因是该区域的复垦林地周
边存在较高风险的裸地、采掘地;而高低离群“奇异点冶位于半自然、自然区,原因是裸地区域被林地与坡耕地
包围。 总体而言,“奇异点冶一般为局部风险发生急剧变化的区域,也是风险最可能蔓延的位置。
3. 3摇 景观生态风险驱动因子分析
景观生态风险的空间差异的决定因素包括:景观的干扰度与脆弱度。 景观干扰度可视为外因(人为干
扰),景观脆弱度可视为内因(景观自身维持生态稳定性的能力),而内、外因在影响风险的大小及空间分异的
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图 3摇 矿区景观生态风险Moran散点分布与生态风险值 LISA指数空间特征
Fig. 3摇 Moran scatter plot and Cluster map of LISA of landscape eco鄄risk of opencast mining area
作用是有差别的。
图 4摇 矿区景观生态风险结构统计
Fig. 4摇 The statistics of landscape eco鄄risk structure
摇 某一组合如 MHM,由左到右分别表示:M(风险中等)、H(干扰度
高)、M(脆弱度中等);LLM 表示,L(风险低)、L(干扰度低)、M
(脆弱度中等);HHM表示,H(风险高)、H(干扰度高)、M(脆弱度
高)
本研究分析各风险等级与干扰度及脆弱度水平的
对应关系,理论上共有 27 种组合模式,但实际叠加只有
14 种对应模式(图 4)。 其中,低风险采样单元比例较
高,以 LLM、LML模式为主,各模式比例差异较大;中等
风险采样单元比例最高,各模式比例差距较小,其中以
MMM、MLM与 MML 模式为主,其余模式均为零星分
布;高风险采样单元以 HHM、HHH 两种模式为主。 总
结而言,低风险且低干扰度的采样单元比例最大
(31郾 5% ),说明决定低风险状态的主导因素是景观干
扰度;同理,高风险状态下,高干扰度的采样单元比例最
大(7. 65% ),即景观干扰度起主导作用;而中等风险状
态下,中等脆弱度采样单元比例最大(39. 8% ),即景观
脆弱度起主导作用。 由此可知,低、高风险主要由“外
因冶驱动为主,而中等风险以“内因冶驱动为主。
同时,对比各风险组合模式的空间分布格局(图 5)
与景观功能分区,可以发现,由低风险到高风险,各种结构的集聚形式趋于简单。 其中,HHH模式主要集聚于
矿业核心区,HHM主要集聚于矿业生活区外围与城市生活区的核心;MML、MMM 与 MLM3 种主要模式大面
积分布于自然、半自然区域、城市生活区及矿业核心区边缘,整体面积较大、分布较散; LLM、LML模式局部集
聚特征明显,且于自然区、半自然区、矿业核心区分布较多。 综合景观生态风险的数量结构与空间格局,总体
来看,区域景观生态风险越大,景观类型越单一,风险的空间集聚程度越大。 由此可见,人类干扰是景观多样
性丧失、景观结构单一化的重要影响因素。
4摇 结论与讨论
本研究基于风险评价原理,结合景观生态学与生态风险理论,构建景观生态风险评价模型定量表征露天
矿区景观生态风险状况。 研究结果表明,矿区大部分区域的景观生态风险处于中、低水平,矿业生产地区处于
高水平;而大规模的土地破坏、压占等矿业生产与生活扰动是高风险的主要来源。 虽然这种干扰波及范围小,
但呈现出由矿业核心生产区向外蔓延的趋势;中等风险区域以裸地、坡耕地、平原耕地等景观类型为主,风险
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摇 图 5摇 矿区景观生态风险结构空间分布
Fig. 5摇 Landscape eco鄄risk structure and distribution in opencast
mine area
结构缩写含义如图 3
来源主要是城市生活与农业生产。 此外,恶劣的自然条
件造成水土流失严重、植被退化,形成大面积生态稳定
性低的裸地、荒草地,使得平朔矿区的自然生态环境整
体较为脆弱。 因此,在生态环境治理、生态风险防范的
过程中,需要从自然条件出发,因地制宜,采用适宜的植
被覆盖类型、多层次的治理、复垦手段对矿区环境进行
分类型、分重点治理。
对比不同功能区的景观生态风险,表明矿区整体呈
现人工区风险>半自然区>自然区的空间分异特征。 但
是,矿业核心区不是风险最高的区域,城市生活区风险
水平反而更高,同样矿业生活区比部分半自然区域风险
值小。 这些异常可能是风险值在空间的累积速度小于
面积的扩张速度(面积越大,其均值就越小),且这种面
积与均值的关系在决定功能分区的风险平均水平方面
呈主导作用。 此外,不同区域风险值的差异一方面表明
干扰的空间分异特征较为明显,另一方面说明人类的生
产、生活扰动是主要的风险源。 因此,从基础环节层面
控制风险要从减少人类扰动、减轻破坏程度、科学处理
已有破坏痕迹等方面出发。
进一步的景观生态风险空间自相关分析表明,矿区
景观生态风险值呈现明显的空间正相关关系,说明风险
具有显著的空间集聚特征。 局部空间的景观生态风险值具有明显的“冷点冶、“热点冶区域,这为针对性开展生
态环境治理工作提供了空间参考范围。 同时,明显的“奇异点冶为预测区域的风险水平将要发生变化提供了
依据,对风险防控起到预警作用;尤其是“低洼冶区域极易成为下阶段风险扩散的突破口,应在矿区环境管理
工作中予以重点关注。 而对比风险驱动因子的组合形式发现,高风险与低风险区域,干扰度为主要驱动因子,
即造成风险的外因起主导作用;而中等风险区域,脆弱度为主要驱动因子,即景观内在的特质为决定性因素。
因此,对于低风险和高风险区域,宜重点控制外界扰动强度,从风险源头控制;而针对中等风险区域,则需加强
脆弱度低的景观类型的覆盖度。
但是,需要指出的是,上述研究结果均为基于一期遥感影像对未来风险的估测,对风险驱动的规律有待于
在多期影像的长时间序列评估中进一步验证。 同时,囿于 TM 遥感影像空间分辨率,本研究未能进一步细分
矿业核心生产区域,有待深入探析矿山开采作业区内部不同矿业生产单元之间的景观生态风险空间分异特
征。 此外,采用专家打分法对干扰度权重及脆弱度进行赋值,这种方法尽管具备专家经验的优点,仍存在一定
主观性,对研究结果带来了一定的不确定性。
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陨泽燥造葬贼蚤燥灶袁 泽糟则藻藻灶蚤灶早 葬灶凿 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤扎葬贼蚤燥灶 燥枣 责澡赠贼燥责葬贼澡燥早藻灶 葬灶贼葬早燥灶蚤泽贼蚤糟 藻灶凿燥责澡赠贼藻泽 枣则燥皂 憎蚤造凿 粤则贼藻皂蚤泽蚤葬 葬则早赠蚤
载哉 再葬躁怎灶袁 在匀粤韵 蕴燥灶早枣藻蚤袁 悦匀耘晕 孕怎袁 藻贼 葬造 渊猿远怨苑冤
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孕藻则枣燥则皂葬灶糟藻 燥枣 贼澡藻 贼憎燥 澡燥泽贼鄄遭蚤燥贼赠责藻泽 燥枣 粤责澡蚤泽 早燥泽泽赠责蚤蚤 渊匀藻皂蚤责贼藻则葬院 粤责澡蚤凿蚤凿葬藻冤 燥灶 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 糟怎糟怎则遭蚤贼葬糟藻燥怎泽 澡燥泽贼 责造葬灶贼泽
载陨粤韵 再怎灶造蚤袁 再陨晕 载蚤葬灶早糟澡怎袁 蕴陨哉 栽燥灶早曾蚤葬灶 渊猿苑园远冤
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栽澡藻 藻枣枣藻糟贼泽 燥枣 早藻灶凿藻则 葬灶凿 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 燥灶 贼澡藻 憎蚤灶贼藻则蚤灶早 遭藻澡葬增蚤燥则 燥枣 悦澡蚤灶藻泽藻 皂藻则早葬灶泽藻则
在耘晕郧 月蚤灶遭蚤灶袁 杂匀粤韵 酝蚤灶早择蚤灶袁 蕴粤陨 匀燥灶早择蚤灶早袁藻贼 葬造 渊猿苑员圆冤
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孕燥责怎造葬贼蚤燥灶袁 悦燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬灶凿 耘糟燥泽赠泽贼藻皂
粤泽泽藻泽泽皂藻灶贼 蚤灶凿蚤糟葬贼燥则泽 泽赠泽贼藻皂 燥枣 枣燥则藻泽贼 藻糟燥泽赠泽贼藻皂 澡藻葬造贼澡 遭葬泽藻凿 燥灶 贼澡藻 凿蚤泽贼怎则遭葬灶糟藻 蚤灶 宰葬灶早择蚤灶早 枣燥则藻泽贼则赠
再哉粤晕 云藻蚤袁 在匀粤晕郧 载蚤灶早赠葬燥袁 蕴陨粤晕郧 允怎灶 渊猿苑圆圆冤
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匀藻贼藻则燥早藻灶藻蚤贼赠 藻增葬造怎葬贼蚤燥灶 燥枣 枣燥则藻泽贼 藻糟燥造燥早蚤糟葬造 泽赠泽贼藻皂 泽责葬贼蚤葬造 泽贼则怎糟贼怎则藻 蚤灶 阅燥灶早贼蚤灶早 蕴葬噪藻
蕴陨 允蚤葬灶躁怎灶袁 蕴陨哉 杂澡怎葬蚤袁 在匀粤晕郧 匀怎蚤则怎袁 藻贼 葬造 渊猿苑猿圆冤
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蕴葬灶凿泽糟葬责藻袁 砸藻早蚤燥灶葬造 葬灶凿 郧造燥遭葬造 耘糟燥造燥早赠
悦造蚤皂葬贼藻鄄早则燥憎贼澡 则藻造葬贼蚤燥灶泽澡蚤责泽 燥枣 粤遭蚤藻泽 枣葬曾燥灶蚤葬灶葬 枣则燥皂 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 藻造藻增葬贼蚤燥灶泽 葬贼 酝蚤赠葬造怎燥袁 憎藻泽贼藻则灶 杂蚤糟澡怎葬灶袁 悦澡蚤灶葬
载哉 晕蚤灶早袁 宰粤晕郧 载蚤葬燥糟澡怎灶袁 在匀粤晕郧 再怎葬灶凿燥灶早袁 藻贼 葬造 渊猿苑源圆冤
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圆园员园 酝哉 杂澡葬燥躁蚤藻袁 蕴陨 允蚤葬灶造燥灶早袁 在匀韵哉 宰藻蚤袁 藻贼 葬造 渊猿苑缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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匀韵哉 酝蚤灶早澡葬灶早袁 蕴陨哉 匀燥灶早赠怎袁 在匀粤晕郧 匀怎葬遭蚤灶早袁 藻贼 葬造 渊猿苑远缘冤
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栽澡藻 藻皂藻则早赠 葬灶葬造赠泽蚤泽 燥枣 造葬则早藻 赠藻造造燥憎 糟则燥葬噪藻则渊蕴葬则蚤皂蚤糟澡贼澡赠泽 糟则燥糟藻葬冤 葬择怎葬糟怎造贼怎则藻 泽赠泽贼藻皂 葬则燥怎灶凿 阅燥灶早躁蚤 蚤泽造葬灶凿 蚤灶 在澡燥怎泽澡葬灶
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悦葬则遭燥灶 泽藻择怎藻泽贼则葬贼蚤燥灶 葬灶凿 燥曾赠早藻灶 则藻造藻葬泽藻 葬泽 憎藻造造 葬泽 糟燥燥造蚤灶早 葬灶凿 澡怎皂蚤凿蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠 燥枣 贼澡藻 皂葬蚤灶 早则藻藻灶蚤灶早 贼则藻藻 泽责藻糟蚤藻泽 燥枣
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愿愿愿猿 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 12 期摇 (2013 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 12 (June, 2013)
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